Question

17．某兴趣小组在制取氧气的实验过程中，有如下实验设计方案，该方案的实验目的是：探究氯酸钾和二氧化锰的质量比对反应速率的影响．

编号	温度	催化剂	氯酸钾、二氧化锰的质量比	生成1升氧气所需时间/s
实验Ⅰ	400℃	MnO2	1：1	153
实验Ⅱ	400℃	MnO2	2：1	240

小芳在实验时，误把氧化铜当作二氧化锰放入加热，结果发现也能较快产生氧气，于是进行如下探究：
【猜想Ⅰ】除二氧化锰、氧化铜外，氧化铁（Fe₂O₃）也可以作氯酸钾分解的催化剂．
【设计实验】
按下表进行实验，并测定开始产生气体时的温度（即分解温度，分解温度越低，表示反应速度越快）．

实验编号	实验药品	分解温度（℃）
①	氯酸钾	580
②	氯酸钾和二氧化锰（质量比1：1）	350
4	氯酸钾和氧化铜（质量比1：1）	370
5	氯酸钾和氧化铁（质量比1：1）	390

【数据和结论】
（1）由实验①与实验⑤对比，证明猜想合理；
（2）实验所用的三种物质中，催化效果最好的是二氧化锰．
【反思】
（1）若要证明氧化铁是该反应的催化剂，还需验证它在化学反应前后的质量和化学性质是否改变．
小林在实验时，联想到了渔民用过氧化钙（CaO₂）增加鱼池中的含氧量，提出猜想Ⅱ．
【猜想Ⅱ】过氧化钙与水反应可制取氧气．

实验装置	实验主要过程
	①检查装置气密性． ②加入过氧化钙和水后，有少量细小气泡缓慢放出，在导管口几乎收集不到气体．该装置放置到第二天，集气瓶中只收集到极少量气体，震荡试管后仍有少量细小气泡缓慢放出．

实验结论：过氧化钙与水反应不能（填“能”或“不能”）用于实验室制取氧气．
【分析与反思】
（1）过氧化钙与水反应虽然没有快速收集到大量氧气，但由此实验现象，小林认为渔民用过氧化钙做增氧剂的主要原因是过氧化钙在水中持续、缓慢放出氧气，所以可以作为增氧剂．
（2）小林希望对此实验进行改进，使该反应加快，请你帮他提出合理化建议加热过氧化钙和水的混合物（或向过氧化钙和水的混合物中加入催化剂）．
（3）同学们对过氧化钙与水反应的生成物猜想如下：①氢氧化钙和氧气②碳酸钙和氧气
你认为猜想②（填序号）一定是错误的，理由是化学反应前后元素的种类不变，而反应前没有碳元素．
【计算】该兴趣小组的同学们购得用于增氧的过氧化钙产品（杂质不含钙元素），标签如图所示．试计算：
（1）过氧化钙的相对分子质量为72；
（2）过氧化钙中钙元素与氧元素的质量比为5：4；
（3）72g过氧化钙与100g碳酸钙含钙量相当；
（4）该产品（如图）中过氧化钙的质量分数至少为72%．

Answer 1

分析 根据实验数据可知，该方案的实验目的是：探究氯酸钾和二氧化锰的质量比对反应速率的影响进行解答；
【数据和结论】（1）比较加入氧化铁后氯酸钾分解产生氧气的温度与只加热氯酸钾时产生氧气的温度高低即可；
（2）根据分解温度最低的催化效果最好解答；
【反思】（1）根据催化剂的基本概念解答．
【猜想Ⅱ】实验结论：根据过氧化钙与水反应生成氧气的速率太慢进行解答；
【分析与反思】
（1）根据实验现象，过氧化钙在水中反应的速度慢，持续的时间长，进行分析解答；
（2）根据过氧化钙（CaO₂）室温下稳定，在300℃时分解成氧气，由此可知加热过氧化钙和水的混合物有可能会使反应加快进行分析解答；
（3）根据质量守恒定律的内涵及应用回答；
【计算】（1）根据相对分子质量等于各原子的相对原子质量之和进行解答；
（2）根据化合物中各元素质量比=各原子的相对原子质量×原子个数之比，进行分析解答；
（3）根据物质中某元素的质量分数的计算公式进行解答；
（4）根据该产品中钙元素的质量分数最低为40%进行解答．

解答 解：根据实验数据可知，该方案的实验目的是：探究氯酸钾和二氧化锰的质量比对反应速率的影响；故填：氯酸钾和二氧化锰的质量比；
【数据和结论】
（1）加入氧化铁后氯酸钾分解产生氧气的温度比只加热氯酸钾时产生氧气的温度低很多；故答案选①．
（2）分解温度最低的催化效果最好，故答案：二氧化锰；
【反思】
（1）催化剂是指在化学反应中能改变其他物质的化学反应速度而本身的质量和化学性质都不发生改变的物质，故答案：质量；化学性质；
【猜想Ⅱ】实验结论：过氧化钙与水反应生成氧气的速率太慢，所以不能用于实验室制取氧气；故填：不能；
【分析与反思】
（1）根据实验现象，过氧化钙在水中反应的速度慢，持续的时间长，所以用过氧化钙做增氧剂的主要原因是：过氧化钙在水中持续、缓慢放出氧气；故答案为：过氧化钙在水中持续、缓慢放出氧气，所以可以作为增氧剂；
（2）根据过氧化钙（CaO₂）室温下稳定，在300℃时分解成氧气，由此可知加热过氧化钙和水的混合物有可能会使反应加快，因此实验的改进方法有加热过氧化钙和水的混合物（或向过氧化钙和水的混合物中加入催化剂）；故填：加热过氧化钙和水的混合物（或向过氧化钙和水的混合物中加入催化剂）；
（3）根据质量守恒定律，化学反应前后元素的种类不变，反应物为过氧化钙和水，②的观点认为生成物是碳酸钙和氧气，这样反应物中不含有碳元素，而生成物中含碳元素，不遵循质量守恒定律，所以错误；故填：②；化学反应前后元素的种类不变，而反应前没有碳元素；
【计算】（1）过氧化钙的相对分子质量=40+16×2=72；故填：72；
（2）过氧化钙中钙元素与氧元素的质量比=40：（16×2）=5：4；故填：5：4；
（3）设过氧化钙的质量为x，则x×$\frac{40}{40+16×2}$×100%=100g×$\frac{40}{40+12+16×3}$×100%  x=72g；故填：72；
（4）该产品中钙元素的质量分数最低为40%，所以该产品中过氧化钙的质量分数至少为=$\frac{40%}{55.6%}$=72%．故填：72%．

点评 本题考查知识综合，考查的点多面广．它不但考查了考查了影响化学反应速率的因素，还考查了化学式的相关计算，更考查了装置的选取方法的掌握和应用，解答此类题目时，只有抓住实验目的、结论，前后联系，进行细致的思考、推断，才可准确无误地解答出各个问题．